(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学システムにおける内部反射を減少させる構造であって、
第１の屈折率を有する第１の層と、第２の屈折率を有する第２の層と、第３の屈折率を有する第３の層と、第４の屈折率を有する第４の層と、第５の屈折率を有する第５の層とを含む、積層された層で構成されており、
前記第２の層は、前記第１の層と前記第３の層との間に配置され、前記第４の層は、前記第３の層と前記第５の層との間に配置され、
前記第３の屈折率は、前記第２の屈折率および前記第４の屈折率より大きく、前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きく、前記第４の屈折率は、前記第５の屈折率よりも大きく、
前記第３の層（１０２）は、透明電極であり、前記第１の層または第５の層は、前記第３の層によって制御される光変調層であることを特徴とする構造。
【請求項２】
前記第２の屈折率は、前記第４の屈折率と異なっていることを特徴とする請求項１に記載の構造。
【請求項３】
前記第１の屈折率は、前記第５の屈折率と異なっていることを特徴とする請求項２に記載の構造。
【請求項４】
前記積層された層の少なくとも１つの層は液晶層で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造。
【請求項５】
前記第１の層はカラーフィルタで構成され、前記第２の層はポリイミドで構成され、前記第３の層はインジウム錫酸化電極で構成され、前記第４の層はポリイミドで構成され、前記第５の層は液晶層で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造。
【請求項６】
前記第１の層は液晶材料で構成され、前記第２の層はポリイミドで構成され、前記第３の層はインジウム錫酸化電極で構成され、前記第４の層はポリイミドで構成され、前記第５の層は平坦化層で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造。
【請求項７】
前記積層された層に配置された、二酸化ケイ素または窒化ケイ素の少なくとも１つと、
前記積層された層を通る光伝送路と、をさらに含み、
前記二酸化ケイ素または窒化ケイ素の少なくとも１つは、前記光伝送路上に存在しないようにパターン化されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造。
【請求項８】
前記第２の層および／または前記第４の層は、ポリカーボネート、ポリスチレンまたはインジウム酸化亜鉛の少なくとも１つで構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の構造。
【請求項９】
前記積層された層のそれぞれの厚みは、相殺的な干渉によって前記光学システムにおける総反射率を最小化するように選択されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の構造。
【請求項１０】
支持部材と、
前記支持部材上またはそれを覆うように配置された、請求項１〜９のいずれか１項に記載の構造とを含むことを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記支持部材は、ガラスまたはポリマーの少なくとも１つで構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
液晶ディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイまたはエレクトロウェッティングディスプレイの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１０または１１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
複数の画素と、
表示される画像に対応するデータを受信する少なくとも１つの信号入力部と、前記複数の画素のそれぞれと接続される複数の信号出力部とを含むディスプレイ電気回路と、を含み、
前記ディスプレイ電気回路は、前記画像を生成するために前記複数の画素を制御するように作動することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
光学システムにおける反射を減少させる方法であって、
前記光学システムは、第１の屈折率を有する第１の層と、第３の屈折率を有する第３の層と、第５の屈折率を有する第５の層とで構成されている、積層された層を含み、前記第３の層が前記第１の層と前記第５の層との間に形成され、前記第３の屈折率が前記第１の屈折率および前記第５の屈折率よりも大きいものであって、
前記第１の層と前記第３の層との間に第２の屈折率を有する第２の層を付加する工程と、
前記第３の層と前記第５の層との間に第４の屈折率を有する第４の層を付加する工程と、を含み、
前記第３の屈折率は、前記第２の屈折率および前記第４の屈折率より大きく、
前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率より大きく、
前記第４の屈折率は、前記第５の屈折率より大きく、
前記第３の層（１０２）は、透明電極であり、前記第１の層または第５の層は、前記第３の層によって制御される光変調層であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には光学システム、より具体的には、光学システム内の高い屈折率を有する層における反射を費用効率良く減少させるために、光の相殺的な干渉を利用するディスプレイ構造に関する。また、本発明は、内部反射を低下させた光学構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの光学システムは、対照的な屈折率ｎを有する層を含んでいる。これは、システム内において反射を生じさせ、定められた経路から入射光をそらし、効率を低下させ、ノイズを増加させる。より具体的には、いくつかのシステムは、２つの低い屈折率を有する媒体によって囲まれた高い屈折率を有する媒体を含む。そのようないくつかのシステムにおいて、高い屈折率の媒体は、高い屈折率の層の２つの表面における反射による干渉が、構造的にまたは相殺的に、光路差に依存して生じることが可能な程度に十分薄くなっている。
【０００３】
そのようなシステムのひとつは、図１に示されるように、ｎ＝約１．９５を有するインジウム錫酸化（ＩＴＯ）電極１０２の一方が、ｎ＝約１．５３を有する液晶層（ＬＣ）１０４とｎ＝約１．５３を有するガラスまたはカラーフィルタ（ＣＦ）１０１との間に存在し、他方が、ＬＣ１０４とｎ＝約１．５９を有する平坦化された樹脂１０８との間に存在する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。また、ｎ＝約１．７０を有するポリイミド（ＰＩ）１０３の薄い層が、ＬＣと各ＩＴＯ電極との間に存在する。また、ｎ＝約２．０４を有する窒化ケイ素層１０５が、ｎ＝約１．５５を有する二酸化ケイ素層１０６の間、および二酸化ケイ素層１０６と平坦化された樹脂との間に存在する。二酸化ケイ素層および窒化ケイ素層は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）システムの内部および周囲に、誘電体として、および不動態化のために使用される。ガラス１０７は、構造を支持する。これは、産業上の使用において、１つの典型的な構造である。ディスプレイ装置における周辺光の反射は、視聴者が見る画像のコントラストの望まれざる低下を招く。反反射塗料（ＡＲＣ）は、ディスプレイの前面において使用され、１％未満に反射を低下させることができる。しかしながら、反射は、装置内で生じる。特に、明るい部屋において画像の劣化に寄与するＩＴＯ電極および窒化ケイ素層において生じる。光学システムの外面用のＡＲＣは、詳細に研究されている。例えば、特許文献１において記載されている。
【０００４】
光学システム内の界面に関して、殆どの注目を集めたものは、低い屈折率の媒体と高い屈折率の媒体との間に１つの界面が存在することである。
【０００５】
特許文献２には、正反射を減少させるために、界面がともに粗い、２つの媒体間に導入された層が記載されている。
【０００６】
ＬＣＤの領域内において、反射を減少させる点で、いくつかの特有の状態が調査されている。ガラス−半導体の界面において反射を減少させることは、特許文献３の課題である。吸収部材としての「ブラックマトリックス」を効率的にするために、光の相殺的な干渉を使用する構造が、特許文献４において主張されている。特許文献５には、空気に接触しているＬＣＤバックライトの要素に使用されるＡＲＣが記載されている。
【０００７】
特許文献６には、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の設計について記載されている。最も外側の層、その内側の層、発光層といった全ての層は、それらの屈折率にしたがって選択された厚みを有しており、その結果、反射における周辺光の相殺的な干渉が生じる。
【０００８】
最後に、特許文献７には、囲む媒体よりも高い屈折率を有するＯＬＥＤのカソードにおける反射を減少させる構造が記載されている。特許文献７による方法は、１つのカソード層を、高い屈折率と低い屈折率とを交互に有する偶数個の層に取り替えることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，２０７，２６３号明細書（２００１年３月２７日公開）
【特許文献２】米国特許第５，０６１，８７４号明細書（１９９１年１０月２９日公開）
【特許文献３】米国特許第第２００６／０１９７０９６Ａ号明細書（２００６年９月７日公開）
【特許文献４】米国特許第７，１６７，２２１号明細書（２００７年１月２３日公開）
【特許文献５】米国特許第２００４／０１０９３０５Ａ号明細書（２００４年６月１０日公開）
【特許文献６】国際公開２００４／０４４９８８号パンフレット（２００４年５月２７日公開）
【特許文献７】米国特許第７，２１５，０７５号公報（２００７年５月８日公開）
【発明の概要】
【００１０】
本発明の装置および方法は、液晶ディスプレイのような光学システムにおいて、内部反射を最小化するために使用可能である。より具体的には、本発明の装置および方法は、第２の層と第３の層との間に形成され、その屈折率が第２の層および第３の層それぞれの屈折率より大きい第１の層を含む構造を提供する。さらに、第４の層は、第２の層の一方に形成され、第５の層は、第３の層の一方に形成され、第４および第５の層はそれぞれ、第２および第３の層より低い屈折率を有する。本発明の装置および方法は、従来の光学装置と比べて、より少ない層を利用して、光学装置の内部反射を減少させる。また、本発明の原理を利用したＬＣＤのような表示装置は、従来のＬＣＤ装置に比べて生産のコストを抑える。
【００１１】
本発明のある局面によれば、光学システムにおける内部反射を減少させる構造は、第１の屈折率を有する第１の層と、第２の屈折率を有する第２の層と、第３の屈折率を有する第３の層と、第４の屈折率を有する第４の層と、第５の屈折率を有する第５の層とを含む、積層された層で構成されている。第２の層は、第１の層および第３の層の間に配置され、第４の層は、第３の層および第５の層の間に配置されている。第３の屈折率は、第２および第４の屈折率より大きく、第２の屈折率は、計算上、第１の屈折率よりも大きく、第４の屈折率は、計算上、第５の屈折率より大きい。
【００１２】
本発明のある局面によれば、第２の屈折率は、第４の屈折率と異なっている。
【００１３】
本発明のある局面によれば、第１の屈折率は、第５の屈折率と異なっている。
【００１４】
本発明のある局面によれば、少なくとも１つの層は液晶層で構成されている。
【００１５】
本発明のある局面によれば、第１の層はカラーフィルタで構成され、第２の層はポリイミドで構成され、第３の層はインジウム錫酸化電極で構成され、第４の層はポリイミドで構成され、第５の層は液晶層で構成されている。
【００１６】
本発明のある局面によれば、第１の層は液晶材料で構成され、第２の層はポリイミドで構成され、第３の層はインジウム錫酸化電極で構成され、第４の層はポリイミドで構成され、第５の層は平坦化層で構成されている。
【００１７】
本発明のある局面によれば、第１の層は平坦化層で構成され、第２の層はポリイミドで構成され、第３の層は窒化ケイ素層で構成され、第４の層はポリイミドで構成され、第５の層は二酸化ケイ素層で構成されている。
【００１８】
本発明のある局面によれば、積層された層のそれぞれの厚みは、相殺的な干渉によって光学システムおける総反射率を最小化するように選択されている。
【００１９】
本発明のある局面によれば、前記構造は、積層された層に配置された、二酸化ケイ素または窒化ケイ素の少なくとも１つと、積層された層を通る光伝送路と、をさらに含み、二酸化ケイ素または窒化ケイ素の少なくとも１つは、光伝送路上に存在しないようにパターン化されている。
【００２０】
本発明のある局面によれば、第２の層および／または第４の層は、ポリカーボネート、ポリスチレンまたはインジウム酸化亜鉛の少なくとも１つで構成されている。
【００２１】
本発明のある局面によれば、ディスプレイ装置は支持部材を含み、本発明の構造は、その支持部材を覆うように配置されている。
【００２２】
本発明のある局面によれば、支持部材は、ガラスまたはポリマーの少なくとも１つで構成されている。
【００２３】
本発明のある局面によれば、ディスプレイ装置は、液晶ディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイ、またはエレクトロウェッティングディスプレイの少なくとも１つである。
【００２４】
本発明のある局面によれば、ディスプレイ装置は、上記に記載の構造から構成されている光学装置を含み、当該光学装置は、複数の画素を含んでいる。さらに、ディスプレイ装置は、表示される画像に対応するデータを受信する少なくとも１つの信号入力部と、複数の画素のそれぞれと接続される複数の信号出力部とを含むディスプレイ電気回路を含み、ディスプレイ電気回路は、画像を生成するために複数の画素を制御するように作動する。
【００２５】
本発明のある局面によれば、光学システムにおける反射を減少させる方法は、以下の構成を提供する。すなわち、光学システムは、第１の屈折率を有する第１の層と、第３の屈折率を有する第３の層と、第５の屈折率を有する第５の層で構成されている、積層された層を含み、第３の層が第１の層と第５の層との間に形成され、第３の屈折率が第１の屈折率および第５の屈折率よりも大きいものであって、第１の層と第３の層との間に第２の屈折率を有する第２の層を付加する工程と、第３の層と第５の層との間に第４の屈折率を有する第４の層を付加する工程と、を含み、第３の屈折率は、第２の屈折率および第４の屈折率より大きく、第２の屈折率は、第１の屈折率より大きく、第４の屈折率は、第５の屈折率より大きい。
【００２６】
本発明のある局面によれば、前記方法は、第４の層の屈折率が第５の層の屈折率と異なるように、第４の層および第５の層を選択する工程を含む。
【００２７】
本発明のある局面によれば、前記方法は、相殺的な干渉によって光学装置における総反射率を最小化するように、積層された層のそれぞれの層を最適化する工程を含む。
【００２８】
本発明のある局面によれば、前記方法は、第２の層において反射される総ての光の振幅が、第２の層の異なる表面から反射される波の位相差に依存するような厚みに、第２の層を形成する工程を含む。
【００２９】
上記の課題および関連する目的を解決するために、本発明は、以下において十分に記載された特徴を含み、特に、特許請求の範囲において指摘される。後述する記載および添付図面は、本発明の特定の実施例について詳細に説明する。しかしながら、これらの実施例は、本発明の原理が採用される様々な方法のいくつかを示したものである。本発明の他の対象物、利点、特徴は、図と組み合わせて考慮されることにより、後述する発明の詳細な記載から明確である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ＬＣＤシステムの光学構造を模式的に示した図である。
【図２】２つのより低い屈折率を有する媒体間に、より高い屈折率を有する層を含む光学構造を模式的に示した図である。
【図３】本発明の一実施形態の光学システムにおける反射を減少させるための中間屈折率の層を含む光学構造を模式的に示した図である。
【図４】図２に示す１層の光学システムと比較して、反射を減少させるように設計された従来の２層の光学システムを模式的に示した図である。
【図５】図２に示す１層の光学システムと比較して、反射を減少させるように設計された、交互に積層した従来の４層の光学システムを模式的に示した図である。
【図６】本発明の一実施形態における中間屈折率の層を含むＬＣＤ構造を模式的に示した図である。
【図７】図１の構造に代わるＬＣＤ構造を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態における中間屈折率の層を有する、図７に示すＬＣＤ構造を示す図である。
【図９】本発明の構造を用いることが可能な液晶ディスプレイの制御エレクトロニクスの典型的なレイアウトを機能的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図面を参照しつつ、本発明の原理について説明する。本発明は、液晶ディスプレイシステムでの使用のために考え出され、発展させたものであるので、本明細書においては主として、その使用について説明する。しかしながら、広い側面において、本発明の原理は、例えば、有機発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイシステム、およびエレクトロウェッティングディスプレイシステムのような他のタイプの光学システムに採用することができる。
【００３２】
従来の光学装置においては、ある機能を提供するディスプレイ（または他の光学）システムに高い屈折率の層があり、その層が、理想的には完全な透過性を有する。しかしながら、この層と周りの層との間における屈折率のコントラストにより、反射が起きる。この反射パワーは、高い屈折率の層の厚みに関して下限値を有する。本発明によれば、追加の層は、反射パワーの下限値を十分に減少させたり、従来技術において考えられた偶数個の層の構造で達成できる反射パワーを十分に低下させたりする光学装置に導入されている。
【００３３】
本発明の装置および方法は、２つの低い屈折率の媒体によって囲まれる高い屈折率の媒体における反射を低減させる。上述で議論された従来技術では、米国特許７，２１５，０７５号明細書（２００７年５月８日公開；特許文献７）のみこの問題を扱っている。また、国際公開２００４／０４４９９８号パンフレット（２００４年５月２７日公開：特許文献６）は、複雑で層状の構造からの反射に関するものである。
【００３４】
国際公開ＷＯ２００４／０４４９９８号パンフレット（２００４年５月２７日公開）は、あらゆる付加的な層も構造に追加していない。本発明の装置および方法は、本発明の装置および方法によって扱われるタイプの構造における反射を減少させることができる（テーブル４，５付近の記述を参照）。
【００３５】
米国特許７，２１５，０７５号明細書（２００７年５月８日公開）は、１つの高い屈折率の層と、屈折率の層を交互に含む偶数個の層を取り替えることにより、この構造について扱っている。本発明の装置および方法は、中間屈折率の層を高い屈折率のいずれかの側に付加している。以下に述べるように、これにより、結果として、米国特許７，２１５，０７５（２００７年５月８日公開）のアプリケーションよりも低い反射率となる。
【００３６】
図２を参照すれば、本発明の原理が適用可能な模式的な光学構造が示されている。図２に示されるように、高い屈折率層（計算上、他の媒体の屈折率より大きい屈折率を有する媒体）ＨＩは、低い屈折率層（計算上、ＨＩの屈折率未満の屈折率を有する媒体）ＬＩ１，ＬＩ２に囲まれている。低い屈折率層ＬＩ１，ＬＩ２は、同一または異なる屈折率を有する。高い屈折率層の厚みは、全反射パワーが、高い屈折率層の表面における２つの反射の間における干渉の結果となるようなものである（コヒーレント光に依存し、この結果が真である場合に、ＨＩ層の最大の厚みとなる）。
【００３７】
図３に移ると、高い屈折率層と、周辺の低い屈折率の媒体ＬＩ１およびＬＩ２との間に、中間屈折率の層ＭＩ１およびＭＩ２が、高い屈折率の層ＨＩのそれぞれの側に適用されている。ＭＩ１とＭＩ２とは、同一または異なる屈折率を有していてもよい。本発明の特徴は、反射を減少させながら、高い屈折率層を保持することである。
【００３８】
なお、非ＬＣディスプレイ（例えばＯＬＥＤ）においては、ポリイミドの層が、透明電極から始まり、これに隣接するように存在していないことに留意されたい。したがって、２つの層は、これらのディスプレイにおいて、透明電極ごとに付加される。対照的に、ＩＴＯ層はすでに１つの隣接した中間屈折率の層を有しており、そのためその構造において５つの媒体のうち４つを有しているので、たった１つの付加的な層がＬＣＤの透明電極ごとに付加される。
【００３９】
図３に示す装置は、光学システムの低い屈折率の媒体によって囲まれている高い屈折率層における反射を減少させる。さらに、図３に示す装置は、米国特許７，２１５，０７５号明細書に記載されたもののように、２−、４−および６−層システムよりも効率的に反射を減少させる。これは、下記のように例証される。
【００４０】
次の結果は、Ｗ．Ｈらの雑誌「Ｃにおける計算法：科学的なコンピューティングの技術」、第２版（ケンブリッジ大学出版局、１９９２年）、４０８〜４１２ページに記載されているように、多次元最小化の計算方法であるダウンヒルシンプレックス法を使用して得られた。反射率は、スミスＷ．Ｊの「現代の光学技術」、第３版（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，２０００）、２０５〜２０７ページに見られるような計算を使用することで、通常の発生率での光に対して計算される。当該ページの記載では、方程式７．３２は、方程式７．３０および７．３１に一致させるために訂正されている。反射率は、４５０ｎｍから７５０ｎｍまでの均一なスペクトルに平均化される。平均化された反射率（以下、「反射率」という）は、既知ではない屈折率と、層の厚みとについて最小化される。上記雑誌とＳｍｉｔｈとの両方において上述した参照部分は、ここでは参考のために示されている。
【００４１】
ａ）図２において、ともにｎ＝１．５０の媒体ＬＩ１と媒体ＬＩ２とによって囲まれた、ｎ＝１．９５の層ＨＩの場合を考える。厚みに関して、ＨＩの最小反射率は、０．０１３である。この場合において、ＨＩの厚みは、１４８ｎｍである。反射率は、ＨＩの２つの表面において反射された光の相殺的な干渉のために、ＨＩとＬＩ１とＬＩ２との屈折率のコントラストにも関わらず、非常に低い。
【００４２】
本発明によれば、上述したように、中間屈折率を有する２つの付加的な層を、図２に示すシステムに付加することが可能である。これらは、図３に示されるように、ＭＩ１およびＭＩ２である。新しい３層のシステム（ＨＩ、ＭＩ１およびＭＩ２が、その３層を形成する）の反射率は、０．００００５まで最小化することができる。つまり、反射率は、図２に示す装置と比べて３０００倍だけ減少する。この場合におけるＭＩ１およびＭＩ２の屈折率は、ともに１．６６であり、厚みは８５ｎｍである。ＨＩ（ｎ＝１．９５）は、１４５ｎｍの厚みである。
【００４３】
米国特許７，２１５，０７５号明細書に関連する方法では、図４の従来の光学構造で示されるように、１つの付加的な層Ｅが、その代わりとしてシステムに付加されている。この２つの層の場合（ＨＩおよびＥが２つの層を形成する）、想定される最小の反射率は０．００８４であり、付加的な層は１．６１の屈折率を有する。図４の２つの層を有するシステムに関して得られた上述の結果と、図３の装置に関する結果とを比較すると、この場合、２層の溶体（solution）が有する反射率における減少は、１７０倍だけ改善されている。
【００４４】
ｂ）米国特許７，２１５，０７５号明細書における次の最も簡単な実施例と比較するために、米国特許７，２１５，０７５号明細書の例において使用された材料を検証する。これは、高い屈折率と低い屈折率とを交互に有する４層のシステムであり、図５に示されている（層Ｙ，Ｘ，ＹおよびＸが４層を形成する）。Ｌ１およびＬ２は、４つの層を取り囲む媒体である。交互に積層された層のそれぞれは、媒体Ｘまたは媒体Ｙで構成される。
【００４５】
米国特許７，２１５，０７５号明細書の例では、それぞれ屈折率１．８および２．２の媒体Ｘ，Ｙを使用している。Ｌ１およびＬ２は、規定されていない。このため、この構成は、図３に示される実施例と十分に比較することができない。Ｌ１およびＬ２の屈折率は、ここでは１．５０とする。この４層構造における厚みを変化させるために、多次元最小化のアルゴリズムを使用することで、これらの層（媒体Ｌ１，Ｌ２によって囲まれる）における反射率は、０．０１８まで最小化することができる。
【００４６】
さらに、その方法は、光学システムにおける総反射率を相殺的な干渉によって最小化するように、積層されたそれぞれの層を最適化して含むことができる。
【００４７】
上述した例において使用されたものと同じ材料は、本発明の装置、つまり、本明細書にような３層のシステムにおいて使用することができる。この場合において、ＨＩの屈折率は２．２であり、ＭＩ１およびＭＩ２の屈折率はともに１．８であり、ＬＩ１およびＬＩ２の屈折率はともに１．５０である。３層における反射率は、層の厚みに関して０．００１７まで最小化されている。
【００４８】
したがって、米国特許７，２１５，０７５号明細書の４層を有する実施例に対し、本発明の装置と同じ材料を使用することで、反射率は、１オーダーの大きさだけ減少する。
【００４９】
ｃ）図５において、４層のシステムは、Ｌ１の屈折率が１．５０、Ｌ２の屈折率が１．６０、ＸおよびＹの屈折率がそれぞれ１．７０，１．９５である場合について考える。このとき、４層のシステムは、最小屈折率０．００３９を有する。
【００５０】
図３に示すものと同じ材料を用いる、すなわちＭＩ１、ＨＩおよびＭＩ２についてそれぞれ屈折率を１．７０、１．９５および１．７０とすることで、本発明における３層のシステムでは、最小屈折率０．０００５６が可能となる。また、反射率は、米国特許７，２１５，０７５号明細書の４層を有する実施例と同じ材料を使用した場合に比べて、このときは７倍だけ減少する。
【００５１】
屈折率１．７０および１．９５を使用することで、６層が交互に積層されたシステムでは、最小反射率０．００３７とすることが可能となる。
【００５２】
これらの結果を考慮すると、高い屈折率の層が低い屈折率の層によって囲まれているとき、本発明の装置は、米国特許７，２１５，０７５号明細書の溶体と比較したときに、より優れた反射の減少を提供していることがわかる。
【００５３】
本発明の装置は、以下において、添付図面を参照してより十分に示されるだろう。しかしながら、本発明の原理は、多くの様々な形状において具体化されていてもよいが、以下に記載の実施例に限定して解釈されるべきものではない。
【００５４】
＜実施例１＞
図１に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）として具体化された光学構造の一例が示されている。ｎ＝約１．９５を有するＩＴＯ電極１０２の一方が、ｎ＝約１．５３を有する液晶層（ＬＣ）１０４と、ｎ＝約１．５３を有するガラスまたはカラーフィルタ（ＣＦ）１０１との間に存在し、他方が、ＬＣ１０４と、ｎ＝約１．５９を有する平坦化された樹脂１０８との間に存在する。また、ＬＣ１０４とそれぞれのＩＴＯ電極１０２との間には、ｎ＝約１．７０を有する薄いポリイミド（ＰＩ）層１０３が存在する。また、ｎ＝約２．０４を有する窒化ケイ素層１０５が、ｎ＝約１．５５を有する二酸化ケイ素層１０６の間、および二酸化ケイ素層１０６と平坦化された樹脂との間に存在する。二酸化ケイ素層１０６および窒化ケイ素層１０５は、ＴＦＴシステムの内部および周囲に、誘電体として、およびや不動態化のために使用される。ガラス１０７は、構造（別のタイプの支持部材としては、例えばポリマー（ポリマー基板）であってもよい）を支持する。これは、産業上の使用において、１つの典型的な構造であり、それぞれの層の厚みとともにテーブル１に示される。
【００５５】
【表１】
0005309260.tif 000002
【００５６】
テーブル１において示される構造は、相殺的な干渉によって総反射率が最小化されるように最適化されたＰＩおよびＩＴＯの厚みを有する。（これらの厚みは、典型的な製造範囲内である。）換言すれば、ＰＩの厚み（以下で述べるものは、第２の層と考えてもよい）は、ＰＩにおいて反射される総ての光の振幅が、ＰＩの異なる表面から反射される波の位相差に依存している状態である。
【００５７】
この構造の総反射率は０．１０４であり、入射光の１０．４％は、この内部構造によって反射される。
【００５８】
図６に示されるように、中間屈折率の付加的な層６０１，６０２，６０３，６０４，６０５および６０６が、高い屈折率の層と低い屈折率の層との間に配置されていてもよい。例えば、６０１は、ＩＴＯとＣＦとの間に挿入され、ＬＣとＰＩとともに、本発明の図３の構造を形成している。テーブル２は、層６０１，６０２，６０３，６０４，６０５および６０６がｎ＝約１．７０を有するポリイミドである場合を示している。
【００５９】
テーブル２に示される構造は、相殺的な干渉によって総反射率を最小化するように最適化されたＰＩおよびＩＴＯの厚みを有する。この構造の総反射率は０．００９１であり、入射光の０．９１％は、この内部構造によって反射される。したがって、ポリイミドが中間屈折率を有する材料として使用される本発明の装置を使用することで、このＬＣＤ構造の反射率を１１倍だけ減少させる。
【００６０】
【表２】
0005309260.tif 000003
【００６１】
層６０１，６０２，６０３，６０４，６０５および６０６の屈折率が、厚みと同様に自由に選択可能であれば、テーブル３のようになる（テーブル３に疑問符は、適切な屈折率を有する材料が自由に選択可能であることを示している）。
【００６２】
テーブル３に示される構造は、層６０１，６０２，６０３，６０４，６０５および６０６の屈折率と、ＰＩ，ＩＴＯ、および相殺的な干渉によって総反射率を最小化するように最適化された層６０１，６０２，６０３，６０４，６０５および６０６の厚みとを有する。この構造の総反射率は０．００５０であり、入射光の０．５０％は、この内部構造によって反射される。したがって、ポリイミドが、中間屈折率を有する材料として使用される本発明の装置を使用することで、このＬＣＤの構造の反射率を２１倍だけに減少させる。
【００６３】
【表３】
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【００６４】
上述した実施例において、カラーフィルタ１０１は第１の層と考えられてよく、層６０１は第２の層と考えられてよく、層６０１より下であって、層６０１に隣接するインジウム錫酸化電極１０２は、第３の層として考えられてよく、インジウム錫酸化電極１０２より下であって、インジウム錫酸化電極１０２に隣接するポリイミド１０３は、第４の層として考えられてよく、液晶材料１０４は第５の層と考えられてよい。代わりに、液晶材料１０４が第１の層として考えられてよく、液晶層１０４より下であって、液晶層に隣接するポリイミド１０３が、第２の層として考えられてよく、ポリイミド層１０２より下であって、ポリイミド層１０２に隣接するインジウム錫酸化電極１０２が、第３の層として考えられてよく、層６０２が第４の層として考えられてよく、平坦化された樹脂１０８が第５の層として考えられてよい。さらに代わりとして、平坦化された樹脂１０８が第１の層として考えられてよく、層６０３が第２の層として考えられてよく、層６０３より下であって、層６０３に隣接する窒化ケイ素１０５が第３の層として考えられてよく、層６０４が第４の層として考えられてよく、層６０４より下であって、層６０４に隣接する二酸化ケイ素１０６が第５の層として考えられてよい。
【００６５】
＜実施例２＞
光がＬＣＤに伝播される領域から、二酸化ケイ素および窒化ケイ素の少なくとも１つを取り除くことも可能である。これは、それらが装置におけるＴＦＴおよび電気回路の周りにおいてのみ必要とされるからである。光は、これらの領域に伝播されない（光は、金属によって反射されるか、一般的に使用されるブラックマスクにおいて吸収される）ので、内部反射を減少させる目的とは関係がないと考えられている。二酸化ケイ素および窒化ケイ素は、原則として、それらが、画素の透明な部分においてではなく、これらの不透明な領域においてだけ形成されるようにパターン化されている。この場合において、その構造は、テーブル４および図７に示すようなものとなる。
【００６６】
テーブル３に示される構造は、相殺的な干渉によって総反射率を最小化するように最適化されたＰＩおよびＩＴＯの厚みを有する。この構造の総反射率は０．０１５であり、入射光の１．５％は、この内部構造により反射される。
【００６７】
【表４】
0005309260.tif 000005
【００６８】
図８に示されるように、中間屈折率を有する付加的な層８０１，８０２は、図７のシステムにおける高い屈折率の層と低い屈折率の層との間に配置されている。例えば、層８０１は、ＩＴＯとＣＦとの間に挿入され、ＬＣとＰＩとともに、本発明の図３の構造を形成している。テーブル５は、層８０１，８０２がｎ＝約１．７０を有するポリイミド層である場合を示している。
【００６９】
【表５】
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【００７０】
テーブル５に示される構造は、相殺的な干渉によって総反射率を最小化するように最適化されたＰＩおよびＩＴＯの厚みを有する。この構造の総反射率は０．０００８０であり、入射光の０．５０％は、この内部構造によって反射される。したがって、ポリイミドが中間屈折率の材料として使用される本発明の装置を使用することで、このＬＣＤ構造の反射率を１９倍だけ減少させている。
【００７１】
上述した実施例において、カラーフィルタ１０１は第１の層として考えられてよく、カラーフィルタより下であって、カラーフィルタに隣接するポリイミド８０１は、第２の層として考えられてよく、ポリイミド８０１より下であって、ポリイミド８０１に隣接するインジウム錫酸化電極１０２は、第３の層として考えられてよく、インジウム錫酸化電極１０２より下であって、インジウム錫酸化電極１０２に隣接するポリイミド１０３は、第４の層として考えられてよく、液晶材料１０４は第５の層として考えられてよい。代わりに、液晶材料１０４が第１の層として考えられてよく、液晶材料より下であって、液晶材料に隣接するポリイミド１０３が第２の層として考えられてよく、ポリイミド１０３より下であって、ポリイミド１０３に隣接するインジウム錫酸化電極１０２が、第３の層として考えられてよく、インジウム錫酸化電極１０２より下であって、インジウム錫酸化電極１０２に隣接するポリイミド８０２が、第４の層として考えられてよく、平坦化された樹脂１０８が第５の層として考えられてよい。
【００７２】
図９に、本発明の光学構造を利用した模式的なディスプレイ装置９００が示されている。ディスプレイ装置９００は、ＡＳＩＣ９０２を含む。ＡＳＩＣ９０２は、ディスプレイ装置９００によって表示される画像に対応するデータ信号を、信号入力部９０２ａを介して受信する。次に、ＡＳＩＣ９０２は、制御信号出力部９０２ｂを介して、本発明の光学構造を有するディスプレイパネル９１０の画素９０８を駆動するゲートドライバＩＣ９０４およびソースドライバＩＣ９０６に制御信号を与える。ＡＳＩＣおよび／またはドライバは、「ディスプレイ電気回路」として考えられてもよい。
【００７３】
従来のものと同様、ＡＳＩＣ９０２は、ドライバを介して、ディスプレイパネル９１０の各画素９０８に、ディスプレイパネル９１０による光の出力量を制御するように命令する。液晶装置、ＯＬＥＤ装置、エレクトロウェッティング装置などのディスプレイパネル９１０は、内部反射を減少させるために、本発明の光学構造を利用している。例えば、電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９１２を介して与えられる。
【００７４】
装置は、第１の層がカラーフィルタで構成され、第２の層がポリイミドで構成され、第３の層がインジウム錫酸化電極で構成され、第４の層がポリイミドで構成され、第５の層が液晶層で構成されるように配置されていてもよい。
【００７５】
また、装置は、第１の層が液晶層で構成され、第２の層がポリイミドで構成され、第３の層がインジウム錫酸化電極で構成され、第４の層がポリイミドで構成され、第５の層が平坦化層で構成されるように配置されていてもよい。
【００７６】
また、装置は、第１の層が平坦化層で構成され、第２の層がポリイミドで構成され、第３の層が窒化ケイ素層で構成され、第４の層がポリイミドで構成され、第５の層が二酸化ケイ素層で構成されるように配置されていてもよい。
【００７７】
また、装置は、二酸化ケイ素または窒化ケイ素の少なくとも１つが積層されて配置され、その積層構造を通って光伝送路が配置されるように構成されてもよい。ここで、二酸化ケイ素または窒化ケイ素の少なくとも１つは、光伝送路の外に配置される。
【００７８】
また、装置は、第２の層および／または第４の層が、ポリカーボネート、ポリスチレン、インジウム酸化亜鉛の少なくとも１つを含むように構成されていてもよい。
【００７９】
＜他の中間屈折率を有する材料および実施例＞
ＬＣＤ、または他のシステムにおいて使用されているように、他の材料、有機および無機は、適切な屈折率を有するように構成されていてもよい。ポリカーボネート（ｎ＝約１．５９），ポリスチレン（ｎ＝約１．５９）は、いくつかの層の間において使用されるポリマーの２つの例である。インジウム酸化亜鉛は、（米国特許７，２１５，０７５号明細書によれば）屈折率１．８で堆積される。さらに、本発明の構造は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイシステムおよびエレクトロウェッティングディスプレイシステムと同様に、液晶ディスプレイシステムにおいて利用されてもよい。
【００８０】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の装置および方法は、従来の光学装置と比較してより少ない数の層を利用して、光学装置の内部反射を減少させる。さらに、ＬＣＤのようなディスプレイ装置に本発明の原理を採用することは、従来のＬＣＤ装置と比較して生産のためのコストを低下させる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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